CN102496999A - 一种并联式太阳能供电电路 - Google Patents

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余志文
贾玉健
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Abstract

本发明公开了一种并联式太阳能供电电路，包括：若干相互并联的升压单元、一启动电路、用于控制启动电路运行状态的启动控制电路；所述启动电路与所述升压单元连接；所述启动电路的控制端与所述启动控制电路连接。所述升压单元包括：主升压电路、PWM发生电路、PWM供电选择电路、输出限制电路；其中，所述PWM发生电路与主升压电路连接；所述输出限制电路与所述升压单元的输出端连接；PWM供电选择电路与所述PWM发生电路连接。本发明通过特殊的硬件启动控制方式使得超低压升压装置并联运行成为可能，同时也能减少n-1个启动电路，在很大程度上降低了供电装置的成本，模拟式的控制电路也大大简化了控制电路的逻辑结构，本发明为太阳能发电提供一种简单可靠的供电电路。

Description

一种并联式太阳能供电电路
技术领域
本发明涉及一种太阳能发电电路，尤其涉及一种并联式太阳能供电电路。
 
背景技术
太阳能发电技术因其“方便，清洁”成为现有能源的主体。单个太阳能单元的电压比较低，个体发电不能供用户使用。单个太阳能发电单元的功率很小，太阳能的使用需要许多个单元配合使用，现阶段常用的方法是将多个单元串联，组成一系列的串联电源（电压有12V，24V等），然后将这些串联电源并列后储存或供逆变器使用。串联电路的供电可靠性很低，当串联电路中的任何一个发电单元变化时都有可能导致太阳能电池的供电可靠性，由于太阳能发电单元的运行直接受光照的影响，这也就决定了串联方式太阳能电池板的效率很低，一般不到20%。
超低压升压技术使得太阳能并联供电成为可能，超低压升压泵需要多个器件的配合，如果使用多个全套启动设备将大大增加成本，因而寻找结构简单、稳定的并联升压方式成为太阳能发电的主要任务之一。
 
发明内容
本发明公开了一种并联式太阳能供电电路，其目的是为了克服太阳能发电单元串联效率低而提供一种并联供电电路，它能够在超低压下运行，输出电压稳定性高，保证太阳能发电的稳定性及高效率性；多个太阳能单元供电只需一个启动电路，且启动电路的控制简单，从而节约了太阳能发电成本。
本发明的技术方案如下：
一种并联式太阳能供电电路，包括：若干相互并联的升压单元、启动电路、用于控制启动电路运行状态的启动控制电路；所述启动电路与所述升压单元连接；所述启动电路的控制端与所述启动控制电路连接。
较佳地，所述升压单元，进一步包括：
主升压电路，用于将输入的电压升高到特定值；
PWM发生电路，用于控制主升压电路运行；
PWM供电选择电路，用于选择PWM发生电路的供电；
输出限制电路，用于限制所述主升压电路的功率流向；
其中，所述PWM发生电路与主升压电路连接；所述启动电路与PWM发生电路连接；所述输出限制电路与所述升压单元的输出端连接；PWM供电选择电路与所述PWM发生电路连接。
较佳地，所述主升压电路包括一电感、一用于控制电感中能量变化的高频开关器件及一用于控制所述主升压电路的电流流向的第一二极管；所述电感一端与所述升压单元的输入端连接，其另一端分别与所述高频开关器件的一端以及第一二极管的阳极连接；所述高频开关器件的另一端连接所述供电电路的电压参考点；所述第一二极管的阴极与所述升压单元的输出端连接。
较佳地，所述PWM发生电路包括一PWM发生器、第五电阻和第六电阻；所述第五电阻和第六电阻主要用于调节PWM发生器输出信号的占空比；
其中，所述第五电阻和第六电阻相互串联，且串联后二者整个接在所述升压单元的输出端和所述供电电路的电压参考点之间；且两电阻的串联点与所述PWM发生器的输出采样端相连。
较佳地，所述启动电路包括一启动控制器和一用于储能的第一电容，所述第一电容的一端与所述启动控制器连接；所述第一电容的另一端接所述供电电路的电压参考点。
较佳地，所述PWM供电选择电路包括：第二二极管和第三二极管，所述两个二极管的阴极相互连接后再与PWM发生电路连接。
较佳地，所述输出控制电路包括第四二极管，所述第四二极管的阴极与所述升压单元外部的直流母线正极相连，第四二极管的阳极与所述升压单元的输出端相连。
较佳地，所述启动控制电路包括一第二电阻以及若干个第一电阻，所述每一第一电阻对应一升压单元；所述第二电阻和每一第一电阻串联；所述若干个第一电阻并联在一起；
其中，所述若干个第一电阻相互并联的一端分别与所述第二电阻和启动电路的控制端连接；每一第一电阻非并联的一端分别连接其对应的升压单元的输出端；
所述第二电阻非与第一电阻连接的一端与所述供电电路的电压参考点连接。
较佳地，所述PWM发生器的输出端与高频开关器件连接；
所述第二二极管的阳极连接启动控制器的输出端；
所述第三二极管的阳极连接所述升压单元的输出端；
所述第二二极管和第三二极管的阴极均连接到PWM发生器的电源端。
较佳地，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管均为肖特基二极管。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的一种并联式太阳能供电电路，它通过特殊的启动控制方式使得超低压升压装置并联运行成为可能，同时也能减少n-1个启动电路，在很大程度上降低了供电装置的成本，模拟式的控制电路也大大简化了控制电路的逻辑结构，本发明为太阳能发电提供一种简单可靠的供电电路。 
附图说明
图1为本发明具体实施例一种并联式太阳能供电电路原理图。
具体实施方式
一种并联式太阳能供电电路，包括：若干相互并联的升压单元、启动电路、用于控制启动电路运行状态的启动控制电路；所述启动电路与所述升压单元连接；所述启动电路的控制端与所述启动控制电路连接。
下方结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例
如图1，一种并联式太阳能供电电路800，包括：n个相互并联的升压单元100、启动电路50、用于控制启动电路运行状态的启动控制电路60；启动电路50与升压单元连接；启动电路50的控制端与启动控制电路60连接。
n个升压单元包括n个输入端，分别是：Vin1，Vin2，……，Vin(n-1)，Vinn；对应的，n个升压单元包括n个输出端，分别是：Vout1，Vout2，…… ，Vout(n-1)，Voutn。
每一升压单元的结构相同，以其中一个升压单元为例，来说明其结构。
升压单元100，进一步包括：
主升压电路10，用于将输入的电压升高到特定值；
PWM发生电路20，用于控制主升压电路运行；
PWM供电选择电路30，用于选择PWM发生电路的供电；
输出限制电路60，用于限制所述主升压电路的功率流向；
其中，PWM发生电路20与主升压电路10连接；启动电路50与PWM发生电路20连接；输出限制电路60与所述升压单元100的输出端连接；PWM供电选择电路30与PWM发生电路20连接。
其中，主升压电路10包括一电感L、一用于控制电感中能量变化的高频开关器件T1及一用于控制所述主升压电路10的电流流向的第一二极管SD1；电感L一端与所述升压单元100的输入端连接，其另一端分别与所述高频开关器件T的一端以及第一二极管SD1的阳极连接；高频开关器件T1的另一端连接所述供电电路800的电压参考点；第一二极管SD1的阴极与所述升压单元100的输出端连接。
其中，PWM发生电路20包括一PWM发生器、第五电阻R5和第六电阻R6；第五电阻R5和第六电阻R6主要用于调节PWM发生器输出信号的占空比。PWM发生器设置有电源端、输出采样端和输出端。
第五电阻R5和第六电阻R6相互串联，且串联后二者整个接在所述升压单元100的输出端和所述供电电路800的电压参考点之间；且两电阻的串联点与PWM发生器的输出采样端相连。
PWM发生器的输出端与高频开关器件T连接。
其中，启动电路50包括一启动控制器和一用于储能的第一电容C1，第一电容C1的另一端接所述供电电路800的电压参考点。启动控制器设置有输出端、控制端、输入端、储能端。第一电容C1的一端与所述启动控制器的储能端连接。启动控制器的输入端与至少一个升压电路100的输入端连接。
其中，PWM供电选择电路30包括：第二二极管SD2和第三二极管SD3，所述两个二极管的阴极相互连接后再与PWM发生电路连接。
第二二极管SD2的阳极连接启动控制器的输出端；
第三二极管SD3的阳极连接所述升压单元100的输出端；
第二二极管SD2和第三二极管SD3的阴极均连接到PWM发生器的电源端。
其中，输出控制电路40包括第四二极管SD4，第四二极管SD4的阴极与所述升压单元100外部的直流母线正极相连，第四二极管SD4的阳极与所述升压单元100的输出端相连。
其中，启动控制电路60包括一第二电阻R2以及n个第一电阻R1，每一第一电阻R1对应一升压单元100；第二电阻R2和每一第一电阻R1串联；n个第一电阻R1并联在一起。
其中，n个第一电阻R1相互并联的一端分别与第二电阻R2和启动电路50的控制端连接；每一第一电阻R1非并联的一端分别连接其对应的升压单元100的输出端。如图1所示，每一个R1分别连接到其对应的升压单元的输出端：Vout1，Vout2，…… ，Vout(n-1)，Voutn。
第二电阻R2非与第一电阻R1连接的一端与所述供电电路800的电压参考点连接。
本实施例中，上述第一二极管SD1、第二二极管SD2、第三二极管SD3、第四二极管SD4均为肖特基二极管。
本实施例中，各部分电路的情况如下：
主升压电路10为标准的boost升压电路，用来对输入电压放大到标准值，本实施例中采用一个高频开关器件MCH3406，其栅极接储能电感L的一端，漏极接所述供电电路800的电压参考点，其控制端口与PWM发生电路20的输出口相连；电感L为储能元件，第一二极管SD1(肖特基二极管)主要控制升压电路的电流流向。高频开关器件MCH3406主要控制电感L中能量的变化。该电路的工作原理是：在高频开关器件MCH3406导通时，供电单元的输入端向电感L充电，当高频开关器件MCH3406断开时，输入电源连同电感L向输出端供电；假设高频开关器件MCH3406的开关占空比为а，则输出电压为Vin/(1-а)由于а恒小于1，因而总体电路体现了升压的作用；
PWM发生电路20，用来控制主升压电路中开关管开关状态，本实施例中采用一个可设置的PWM信息的振荡发生器作为PWM发生器，本实例采用精工系列的高占空比发生器S-8337，PWM发生电路带有串联电阻调节PWM信号的占空比，该电路总体输出为一可调的PWM信号，动态维持输出电压在规定范围内。
PWM供电选择电路30，该电路中包含两个共阴连接的肖特基二极管SD2和SD3，二极管的阳极与各自的供电电源相连，两个供电分别是启动电路的输出和本升压单元的输出端，两个供电电源以二极管隔离的方式形成竞争的形式。在本电路未工作时，由启动电路经二极管SD2向PWM发生器供电，在电路启动后由升压电路的输出供电，由于升压电路的输出电压高于启动电路提供的电压，因而在升压电路运行后将直接断开启动电路的供电电源。
输出限制电路40，用于本隔离升压单元与外部直流母线，防止外部电路影响本升压单元，其主要元器件为一二极管SD4，其阴极与外部电路相连，阳极与升压单元的输出口相连。
启动电路50，用于启动并联供电装置中的所有PWM发生器，启动电路中包含一个储能电容，储能电容主要用于储存输入功率，启动电路输出一个较高电压（2.0V，2.2V，2.4V等），输出端与各升压电路的PWM供电选择二极管阳极相连，启动电路中的电容选取因根据并联数而定，一般并联越多，电容选取越大，但电容过大时会影响启动时间。
启动控制电路60，用于控制启动电路的运行状态，其中包含一组相同的电阻R1及一个分压电阻R2，电阻的接法如上发明内容所述。设电阻连接点的电压为Vcon,则有:
Figure 2011104056801100002DEST_PATH_IMAGE001
        （1）
由此可计算得:
Figure 971508DEST_PATH_IMAGE002
（2）
化简得:
Figure 2011104056801100002DEST_PATH_IMAGE003
（3）
启动电路控制电压与并联数无关,当n=1时:（4）
Figure 826332DEST_PATH_IMAGE004
（4）
因而启动控制电路的控制按公式
Figure 2011104056801100002DEST_PATH_IMAGE005
计算(n为升压电路并联数)；当并联组升压单元中任何一个升压单元未启动时，启动电路都将给其提供启动功率，由前述的PWM供电选择电路所述，启动电路不会向工作中的电路供电，从而保证了控制器的选择控制性。
由于并联的太阳能电池为集中式，因而在其中的一个单元发电时，其余单元也应发电，但发电量可以不一定相同，这一默认也就使得集中式的并联太阳能发电方式的启动可行性，同时也反映了该方法不能在大规模的并联组中使用。
另外，所述升压单元100还包括输入电容Cin、输出电容Cout。其中，输入电容 Cin设置于所述升压单元100的输出端Vin和参考点GND之间。输出电容Cout设置于所述升压单元100的输出端Vout和参考点GND之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的一种并联式太阳能供电电路，它通过特殊的启动控制方式使得超低压升压装置并联运行成为可能，同时也能减少n-1个启动电路，在很大程度上降低了供电装置的成本，模拟式的控制电路也大大简化了控制电路的逻辑结构，本发明为太阳能发电提供一种简单可靠的供电电路。 
本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种并联式太阳能供电电路，其特征在于，包括：若干相互并联的升压单元、启动电路、用于控制启动电路运行状态的启动控制电路；所述启动电路与所述升压单元连接；所述启动电路的控制端与所述启动控制电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种并联式太阳能供电电路，其特征在于，所述升压单元，进一步包括：
主升压电路，用于将输入的电压升高到特定值；
PWM发生电路，用于控制主升压电路运行；
PWM供电选择电路，用于选择PWM发生电路的供电；
输出限制电路，用于限制所述主升压电路的功率流向；
其中，所述PWM发生电路与主升压电路连接；所述启动电路与PWM发生电路连接；所述输出限制电路与所述升压单元的输出端连接；PWM供电选择电路与所述PWM发生电路连接。
3.根据权利要求2所述的一种并联式太阳能供电电路，其特征在于，所述主升压电路包括一电感、一用于控制电感中能量变化的高频开关器件及一用于控制所述主升压电路的电流流向的第一二极管；所述电感一端与所述升压单元的输入端连接，其另一端分别与所述高频开关器件的一端以及第一二极管的阳极连接；所述高频开关器件的另一端连接所述供电电路的电压参考点；所述第一二极管的阴极与所述升压单元的输出端连接。
4.根据权利要求2所述的一种并联式太阳能供电电路，其特征在于，所述PWM发生电路包括一PWM发生器、第五电阻和第六电阻；所述第五电阻和第六电阻主要用于调节PWM发生器输出信号的占空比；
其中，所述第五电阻和第六电阻相互串联，且串联后二者整个接在所述升压单元的输出端和所述供电电路的电压参考点之间；且两电阻的串联点与所述PWM发生器的输出采样端相连。
5.根据权利要求2所述的一种并联式太阳能供电电路，其特征在于，所述启动电路包括一启动控制器和一用于储能的第一电容，所述第一电容的一端与所述启动控制器连接；所述第一电容的另一端接所述供电电路的电压参考点。
6.根据权利要求2所述的一种并联式太阳能供电电路，其特征在于，所述PWM供电选择电路包括：第二二极管和第三二极管，所述两个二极管的阴极相互连接后再与PWM发生电路连接。
7.根据权利要求2所述的所述的一种并联式太阳能供电电路，其特征在于，所述输出控制电路包括第四二极管，所述第四二极管的阴极与所述升压单元外部的直流母线正极相连，第四二极管的阳极与所述升压单元的输出端相连。
8.根据权利要求2所述的一种并联式太阳能供电电路，其特征在于，所述启动控制电路包括一第二电阻以及若干个第一电阻，所述每一第一电阻对应一升压单元；所述第二电阻和每一第一电阻串联；所述若干个第一电阻并联在一起；
其中，所述若干个第一电阻相互并联的一端分别与所述第二电阻和启动电路的控制端连接；每一第一电阻非并联的一端分别连接其对应的升压单元的输出端；
所述第二电阻非与第一电阻连接的一端与所述供电电路的电压参考点连接。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的一种并联式太阳能供电电路，其特征在于，所述PWM发生器的输出端与高频开关器件连接；
所述第二二极管的阳极连接启动控制器的输出端；
所述第三二极管的阳极连接所述升压单元的输出端；
所述第二二极管和第三二极管的阴极均连接到PWM发生器的电源端。
10.根据权利要求9所述的一种用于太阳能发电的超低压升压电路，其特征在于，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管均为肖特基二极管。
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